CN109045992A - 一种石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法，该材料的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料1％～15％，活性炭60％～90％，植物有机酸水溶液5％～10％，表面活性剂1％～15％。本发明还提供了该材料的制备方法，其包含：步骤1，在容器中制备石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液；步骤2，将活性炭逐步加入到步骤1中制备的混合溶液中，常温搅拌；步骤3，将步骤2所得的溶液从容器中排出，然后在热风烘箱中烘干。本发明提供的石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法，制备的材料可广泛应用在包含活性炭的净风系统中，大大降低空气中尼古丁等有毒有害物质的含量，从而降低患病几率，保护人体健康。

Description

一种石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种净风材料及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法。
背景技术
香烟内的化学物质主要是干烟草，但是经过化学处理又加了很多添加成份。点燃香烟的烟雾含约4000种化学物质，很多是有毒物质，引致异变物质及有数千种致癌物质。香烟烟雾中的主要有害成分包括一氧化碳、尼古丁等生物碱、胺类、腈类、醇类、酚类、烷烃、烯烃、羰基化合物、氮氧化物、多环芳烃、杂环族化合物、重金属元素等，严重威胁着吸烟者及被动吸烟者的身体健康。烟气有害成分尤其是对胎儿健康影响更大，烟雾中的有害物质进入胎儿血液，会影响胎儿的正常发育，增加先天性畸形的发生率。因此，吸烟母亲中生产无脑儿、腭裂、唇裂、痴呆和体格发育障碍等先天畸形儿的数量是非吸烟母亲的23倍。因此净化家庭空气环境已经刻不容缓。而通过石墨烯复合材料可以解决这一问题。
石墨烯是一种有碳原子按六边形排列而成的二维材料，是本世纪最具颠覆性的新材料，石墨烯单原子层二维片状结构，使得石墨烯在许多方面具有奇特的性能，可用作超级电容和高效储能电池、超薄超轻航空航天材料、超韧超强防弹衣材料、新型医学材料、纳米传感器材料等等。将石墨烯与普通纤维复合，会使纤维具有一定的导电性，可广泛应用于抗静电织物、防电磁辐射服织物等。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合净风材料及其制备方法，通过制备经改性的石墨烯或氧化石墨烯，然后将其复合到传统活性炭材料中，制备出一种具有优异除烟味功能的净风材料，该材料可广泛应用在包含活性炭的净风系统中，大大降低空气中尼古丁等有毒有害物质的含量，从而降低患病几率，保护人体健康。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯复合除烟味净风材料，其中，所述的净风材料的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料1％～15％，活性炭60％～90％，植物有机酸水溶液5％～10％，表面活性剂1％～15％。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料，其中，所述的石墨烯材料包含石墨烯或氧化改性石墨烯；所述的氧化改性石墨烯包含偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯中的任意一种或多种。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料，其中，所述的活性炭包含椰壳活性炭、煤质挤出活性炭、烧结活性炭、木质活性炭中的任意一种或多种。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料，其中，所述的植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为40％～60％。所述的植物有机酸包含单宁酸、没食子酸、儿茶素中的任意一种或多种。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料，其中，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(polyvinyl pyrrolidone， PVP)中的任意一种或多种。
本发明还提供了上述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，在容器中制备石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液；步骤2，将活性炭逐步加入到步骤1中制备的混合溶液中，常温缓慢搅拌；步骤3，将步骤2所得的溶液从容器中排出，然后在热风烘箱中烘干。优选地，在容器中石墨烯活性炭溶液盛放装置底部设有排水阀门，将排水阀门打开，待排水结束后放置在热风烘箱中烘干。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其中，所述的步骤1为：按照配比称取石墨烯粉体，加入到放有蒸馏水的容器中，再加入表面活性剂进行分散改性，最后加入植物有机酸水溶液，通过机械搅拌物理混合均匀，制备出石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其中，所述的机械搅拌的搅拌混合时间为20～40分钟。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其中，所述的步骤2中加入的活性炭与混合溶液质量比为1:(1.5～3)。
上述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其中，所述的步骤2中的搅拌时间为15～30分钟。
本发明提供的石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法具有以下优点：
本发明将石墨烯、活性炭、植物有机酸溶液、表面活性剂均匀混合，烘干制备出石墨烯复合活性炭除烟味净风材料，通过发挥石墨烯、活性炭及植物有机酸的协同作用达到去除香烟烟气中尼古丁、重金属元素等有害成分的目的，该材料可用于公共环境及家居环境空气净化领域。
石墨烯与植物有机酸羟基经过水热合成反应形成超双亲石墨烯气凝胶，其与活性炭结合后稳定存在于活性炭微孔结构中，形成石墨烯复合活性炭，当含烟味气体通过该石墨烯复合活性炭材料中时，石墨烯及植物有机酸能够与烟气中的尼古丁反应，将其固定下来，与此同时植物有机酸可以与重金属元素发生络合反应，将重金属元素沉积下来，含大量微孔结构的活性炭则能够将烟气中的其它成分吸附，从而达到净化空气的目的。石墨烯复合活性炭能够持久发挥净化效果，净化速率快，过滤效率高，使用成本低，适合工业大规模生产。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的石墨烯复合除烟味净风材料，其原料按质量百分比计包含：石墨烯材料1％～15％，活性炭60％～90％，植物有机酸水溶液5％～10％，表面活性剂1％～15％。
石墨烯材料包含石墨烯或氧化改性石墨烯；氧化改性石墨烯包含偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯中的任意一种或多种。
活性炭包含椰壳活性炭、煤质挤出活性炭、烧结活性炭、木质活性炭中的任意一种或多种。
植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为40％～60％。所述的植物有机酸包含单宁酸、没食子酸、儿茶素中的任意一种或多种。
表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)中的任意一种或多种。
本发明还提供了该石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，该方法包含：
步骤1，在容器中制备石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液；步骤2，将活性炭逐步加入到步骤1中制备的混合溶液中，常温缓慢搅拌；步骤3，将步骤2所得的溶液从容器中排出，然后在热风烘箱中烘干。优选地，在容器中石墨烯活性炭溶液盛放装置底部设有排水阀门，将排水阀门打开，待排水结束后放置在热风烘箱中烘干。
步骤1优选为：按照配比称取石墨烯粉体，加入到放有蒸馏水的容器中，再加入表面活性剂进行分散改性，最后加入植物有机酸水溶液，通过机械搅拌物理混合均匀，制备出石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液。机械搅拌的搅拌混合时间为20～40分钟。
优选地，步骤2中加入的活性炭与混合溶液质量比为1:(1.5～3)。步骤 2中的搅拌时间为15～30分钟。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种石墨烯复合除烟味净风材料，其原料按质量百分比计包含：石墨烯材料1％，活性炭90％，植物有机酸水溶液5％，表面活性剂4％。
石墨烯材料包含石墨烯。活性炭为椰壳活性炭。
植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为40％。该植物有机酸包含单宁酸。
表面活性剂为聚乙烯醇。
实施例2
一种石墨烯复合除烟味净风材料，其原料按质量百分比计包含：石墨烯材料15％，活性炭60％，植物有机酸水溶液10％，表面活性剂15％。
石墨烯材料包含氧化改性石墨烯；氧化改性石墨烯包含偶联剂改性氧化石墨烯。
活性炭包含煤质挤出活性炭。
植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为60％。该植物有机酸包含没食子酸。
表面活性剂为聚乙二醇。
实施例3
一种石墨烯复合除烟味净风材料，其原料按质量百分比计包含：石墨烯材料5％，活性炭86％，植物有机酸水溶液8％，表面活性剂1％。
石墨烯材料包含氧化改性石墨烯；氧化改性石墨烯包含阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯中的任意一种或两种。
活性炭包含烧结活性炭。
植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为45％。该植物有机酸包含儿茶素。
表面活性剂为木质素磺酸钠。
实施例4
一种石墨烯复合除烟味净风材料，其原料按质量百分比计包含：石墨烯材料10％，活性炭74％，植物有机酸水溶液6％，表面活性剂10％。
石墨烯材料包含氧化改性石墨烯；氧化改性石墨烯包含氨基化合物改性氧化石墨烯、氨基化合物改性石墨烯中的任意一种或两种。
活性炭包含木质活性炭。
植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为50％。该植物有机酸包含单宁酸、没食子酸中的任意一种或两种。
表面活性剂为聚乙烯吡络烷酮。
实施例5
一种石墨烯复合除烟味净风材料，其原料按质量百分比计包含：石墨烯材料12％，活性炭68％，植物有机酸水溶液7％，表面活性剂13％。
石墨烯材料包含氧化改性石墨烯；氧化改性石墨烯包含聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯中的任意一种或两种。
活性炭包含椰壳活性炭、木质活性炭中的任意一种或两种。
植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为55％。该植物有机酸包含没食子酸、儿茶素中的任意一种或两种。
表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种或两种。
本发明的各实施例还提供了该石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，该方法包含：
步骤1，在容器中制备石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液；具体为：按照配比称取石墨烯粉体，加入到放有蒸馏水的容器中，再加入表面活性剂进行分散改性，最后加入植物有机酸水溶液，通过机械搅拌物理混合均匀，搅拌混合时间为20～40分钟，制备出石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液。
步骤2，将活性炭逐步加入到步骤1中制备的混合溶液中，常温缓慢搅拌；加入的活性炭与混合溶液质量比为1:(1.5～3)。搅拌时间为15～30分钟。
步骤3，将步骤2所得的溶液从容器中排出，然后在热风烘箱中烘干。优选地，在容器中石墨烯活性炭溶液盛放装置底部设有排水阀门，将排水阀门打开，待排水结束后放置在热风烘箱中烘干。
本发明提供的石墨烯复合除烟味净风材料及其制备方法，是利用一种改性后的石墨烯制备净风材料，制备的石墨烯复合活性炭除烟味净风材料是由石墨烯复合植物有机酸、表面活性剂、活性炭再烘干制备而成，关键点为石墨烯复合活性炭的制备。在制备过程中，使用的表面活性剂优选聚乙烯吡络烷酮、木质素磺酸钠等，由于石墨烯本身独特的二维结构，其大π共轭体系导致石墨烯极易发生团聚，进而使得石墨烯在基材中的分散不均匀，故本发明中对石墨烯进行表面处理，降低石墨烯微片层间吸引力，从而解决石墨烯易团聚不易分散的加工缺陷。石墨烯与植物有机酸羟基经过水热合成反应形成超双亲石墨烯气凝胶，其与活性炭结合后稳定存在于活性炭微孔结构中，形成石墨烯复合活性炭，当含烟味气体通过该石墨烯复合活性炭材料中时，石墨烯及植物有机酸能够与烟气中的尼古丁反应，将其固定下来，与此同时植物有机酸可以与重金属元素发生络合反应，将重金属元素沉积下来，含大量微孔结构的活性炭则能够将烟气中的其它成分吸附，三者协同作用达到净化空气的目的。进行石墨烯活性炭制备过程中采用的活性炭优选煤质烧结活性炭，该种活性炭具有比表面积大、过滤效率高、成本低的特点，能够增加活性炭与石墨烯、植物有机酸、表面活性剂的接触面积，提高石墨烯等材料的含量，将石墨烯活性炭除烟味效果最大化。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合除烟味净风材料，其特征在于，所述的净风材料的原料按质量百分比计包含：石墨烯材料1％～15％，活性炭60％～90％，植物有机酸水溶液5％～10％，表面活性剂1％～15％。
2.如权利要求1所述的石墨烯复合除烟味净风材料，其特征在于，所述的石墨烯材料包含石墨烯或氧化改性石墨烯；所述的氧化改性石墨烯包含偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯中的任意一种或多种。
3.如权利要求1所述的石墨烯复合除烟味净风材料，其特征在于，所述的活性炭包含椰壳活性炭、煤质挤出活性炭、烧结活性炭、木质活性炭中的任意一种或多种。
4.如权利要求1所述的石墨烯复合除烟味净风材料，其特征在于，所述的植物有机酸水溶液中按质量百分比计植物有机酸的含量为40％～60％；所述的植物有机酸包含单宁酸、没食子酸、儿茶素中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的石墨烯复合除烟味净风材料，其特征在于，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮中的任意一种或多种。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，在容器中制备石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液；
步骤2，将活性炭加入到步骤1中制备的混合溶液中，常温搅拌；
步骤3，将步骤2所得的溶液从容器中排出，然后在热风烘箱中烘干。
7.如权利要求6所述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1为：
按照配比称取石墨烯粉体，加入到放有蒸馏水的容器中，再加入表面活性剂，最后加入植物有机酸水溶液，通过机械搅拌物理混合均匀，制备出石墨烯表面包裹有表面活性剂及植物有机酸分子的均匀混合溶液。
8.如权利要求7所述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其特征在于，所述的机械搅拌的搅拌混合时间为20～40分钟。
9.如权利要求6所述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中加入的活性炭与混合溶液质量比为1∶(1.5～3)。
10.如权利要求9所述的石墨烯复合除烟味净风材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中的搅拌时间为15～30分钟。
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